2024年台积电研究报告：半导体行业复苏，大象起舞

一、首创晶圆代工模式，绑定下游头部客户群

台湾积体电路制造股份有限公司（简称台积电，TSMC）由张忠谋牵头于 1987 年在中国台湾新竹成立，1994 年成功登陆台湾证券交易所，1997 年登陆纽交所。公司首创晶圆代工模式，经过多年的发展，台积电已成为全 球最大的晶圆代工企业，截至 2023 年，公司为 528 个客户提供服务，生产 11895 种不同产品，被广泛地运用在 各种终端市场，例如高效能运算（HPC）、智慧手机、物联网、车用电子与消费性电子产品等。同时，台积电 及其子公司所拥有及管理的年产能超过 1600 万片十二寸晶圆约当量。

台积电首创晶圆代工模式。芯片产业链包括设计、制造、封测三个环节，主要的商业模式分为三种：（1） 只负责芯片设计（Fabless）如苹果、英伟达、联发科、高通等；（2）只负责芯片代工（Foundry）如台积电、 联电、中芯国际、华虹半导体等；（3）综合芯片设计和制造（IDM）如英特尔、三星等。台积电成立之前，全 球半导体行业由 IDM 模式主导，但随着制程的提升，研发和资本开支对 IDM 厂商的双重压力不断增大，产业 链开始专业化分工，涌现出一批独立 IC 设计企业，张忠谋等中国台湾半导体先行者抓住时代机遇成立台积电， 首创晶圆代工（Foundry）模式，并把其发扬光大。半导体行业经历多年的发展，Fabless+ Foundry 的分工模式 已取代 IDM 模式成为行业主流，早期的 IDM 巨头大都也退出制造环节转型成 Fabless 公司，台积电深耕 Foundry 模式多年并成为行业当之无愧的绝对龙头。

关键制程节点技术路线的抉择，成为公司反超并领先竞对的关键。台积电的发展历程并非一帆风顺，也经 历了一系列生死存亡的抉择。台积电成立初期曾一度面临订单不足的问题，1988 年张忠谋看重英特尔退出存储 市场发力处理器市场的契机，集中资源历时两年拿到英特尔的认证和订单，得到了行业头部客户的背书。90 年 代 IDM 厂商联华电子（联电）转型 Foundry 模式，产能与台积电不相上下，并在 0.18μm 制程技术一度领先台 积电，在 0.13μm 制程联电选择和 IBM 合作，技术由 IBM 授权。台积电放弃和 IBM 合作，自主研发 Cu/Low-K 技术，并于 2003 年领先 IBM 实现 0.13μm 制程芯片量产，进一步扩大相对联电的领先优势。随后在各大半导体 厂商致力光刻技术的开发中，台积电提出以水为介质的浸润式技术理论，取代原本以空气作为镜头与晶圆之间 为介质的干式曝光技术，通过与荷兰阿斯麦公司合作，成功领先竞对量产 90nm、65nm、28nm、20nm制程芯片。 次贷危机过后张忠谋重返台积电，并决定跳过 32nm，全力攻克 28nm 制程，在关键技术上选择后闸级路线，三 星选择前闸级路线，2011 年台积电领先三星率先量产 28nm 制程芯片，同年台积电宣布入局封装行业，先后推 出 CoWoS 和 InFO 封装技术。苹果的 A4、A5、A6、A7 手机芯片主要由三星代工，依托先进封装技术，2014 年台积电切入苹果 A8 芯片代工，2016 年自 A10 Fusion 开始，台积电成为苹果手机芯片主要代工厂，时至今日 苹果依然为台积电第一大客户。2014 年在 14nm 制程英特尔曾一度领先台积电和三星，为突破 10nm 技术，张 忠谋启动夜莺计划，带领研发团队采用 24 小时三班倒的方式，于 2016 年率先突破 10nm 制程，英特尔因为选 择了错误的技术路线直到 2019 年才突破 10nm 制程。2022 年底 ChatGPT 掀起 AI 浪潮，算力芯片所需的先进制 程和先进封装带动台积电实现新一轮强劲增长。在 2nm制程节点，台积电又将与英特尔、三星开始新一轮角逐， 我们将在后文详细阐述。

依托 Foundry 模式绑定全球头部 Fabless 客户。以 2023 年为例，台积电前五大客户分别为苹果、英伟达、 联发科、高通和 AMD，均为全球头部 Fabless 厂商。公司的客户结构以美国公司占主导，其次是中国大陆和中 国台湾地区公司，其中苹果常年为公司第一大客户和美国第一大客户，联发科为公司在中国台湾地区第一大客 户。

二、先进制程与先进封装技术领先，龙头地位稳固

（一）先进制程持续领跑

半导体制造工艺分为逻辑制程和特殊制程（特色工艺）。逻辑制程沿着摩尔定律发展，侧重于不断缩小芯 片尺寸，比如以台积电为代表的 Foundry 企业。特色工艺不完全依赖尺寸的缩小，而是通过优化结构与制造工 艺，最大化发挥不同器件的物理特性以提升产品性能及可靠性，特色工艺不追求摩尔定律，更多是在成熟制成 上面寻求机会，可以将特色工艺理解为非主流线路。特色工艺竞争点在于工艺的成熟度和稳定性、工艺平台的 多样性、以及产品种类的丰富程度，与逻辑制程不存在明显的正面竞争。 先进制程是巨头的游戏，成熟制程依然是中流砥柱。一块芯片由无数晶体管组成，每个晶体管由源极、栅 极、漏极组成，其中栅极相当于一个通道，主要负责控制两端源极和漏极的通断，栅极的宽度就是制程节点。 一般来说，晶体管中栅极的宽度越窄，晶体管就越小，电流通过时的损耗越低，性能也越高，制造工艺也更复 杂。目前业界普遍认为 28nm 是成熟制程与先进制程的分界线，28nm 及以上的制程工艺被称为成熟制程，28nm 以下的制程工艺被称为先进制程。先进制程是巨头的游戏，具有极高的技术和资本壁垒，一般制程节点数越低， 参与的玩家越少，目前 10nm 以下制程节点只有台积电、三星和英特尔三个厂商。成熟制程仍然是中流砥柱， 具有无法替代的价值，比如中小容量的存储芯片、模拟芯片、MCU、电源管理芯片、模数混合芯片等主要采用 成熟制程。

逻辑制程领先，先进制程全球领跑。台积电先进制程在全球晶圆厂处于领先地位，在 28nm 节点 2011 年台 积电率先量产，奠定后续苹果去三星化的基础。在 14nm节点台积电暂时被英特尔、三星等超越，直到 2017 年 在 10nm 节点台积电反超英特尔，追平三星。2018 年台积电量产 7nm 节点，2020 年量产 6/5nm，2022 年量产 3nm芯片，先进制程技术整体领先英特尔和三星。在相同制程节点上，台积电的工艺也优于竞对，2022 年三星 （Q2）和台积电（Q4）先后突破 3nm 制程节点，但台积电芯片的良率和晶体管密度均优于三星，继续保持了 其在全球芯片先进制程的领先地位。从收入结构看，目前台积电先进制程产品主要用于 HPC 和智能手机领域， 目前 5nm产品贡献主要收入，24Q2 其晶圆收入占比达 35%，其次是 7nm 产品 24Q2 晶圆收入占比为 17%，3nm 产品 24Q2 晶圆收入占比已达到 15%，未来有望成为公司主要增长点。

台积电 7nm 以下先进制程业务分为 N7、N5、N3、N2 四个制程家族。N7 家族：台积电 7nm 工艺包括第一 代 7nm（N7）、第二代 7nm（N7P）和 7nm EUV（N7+）。N7 和 N7P 主要采用 DUV 光刻技术，P 系列为原节 点性能增强版，台积电为了利用 DUV 制作 7nm 工艺，开发了多重曝光技术。6nm 工艺同样是基于 EUV，与 N7 设计兼容，可以实现无缝切换，便于客户将原有设计向新工艺迁移，主要针对成本敏感的市场，逻辑密度增 加 1.18X。N5 家族：台积电 5nm工艺包括第一代 5nm（N5）、第二代 5nm（N5P），N4 为 N5 的工艺优化，IP 与 N5 兼容，具有较好的成本效益优势，N4P 为 N4 性能增强版。N3 家族：台积电 3nm 工艺包括 N3、N3E、 N3P、N3X 和 N3A，N3E 是 N3 的强化版，可以降低生产成本，N3P 是 N3E 的强化版，N3X 技术为 HPC 应用 量身打造，N3A 技术针对车用客户。N2 家族：台积电 2nm 芯片预计将在 2025 年量产，2nm及以下制程台积电 将采用新型的 GAAFET 结构，也就是门全包围场效应晶体管（Gate-All-Around FET）结构，这种结构可以进一 步提高晶体管密度和性能，并且降低功耗和泄漏。台积电介绍称，相较于 N3E 制程技术，2nm 在相同功耗下， 速度最快将可增加 15%，在相同速度下，功耗最多可降低 30%，同时晶片密度增加逾 15%。

FinFlex 是台积电 N3 工艺的秘诀，从 N2 工艺开始台积电将使用 GAAFET/ Nanosheet 技术。随着光刻技 术的发展，传统平面晶体管尺寸不断缩小，当尺寸缩小到 20nm 时，栅极对源漏电流的控制力大幅减弱，这导 致晶体管失去了开关作用，同时芯片发热量急剧上升。FinFET（鳍式晶体管）将源漏极做成“鱼鳍状”使栅极 可以三面包裹住源漏极，增大接触面积，从而提升栅极对源漏电流的控制，同时允许在进一步缩小晶体管体积 保持栅极对电流的控制作用。台积电在 N3 工艺使用 FinFlex 技术，FinFlex 是目前唯一在鳍式晶体管架构上做 到 3nm 节点的设计方案，被称为是最后一代 FinFET。作为目前台积电生产 3nm芯片的主要架构，FinFlex 通过 复杂的设计方案和工艺手段将 FinFET 的性能发挥到了极致，其扩展了工艺的性能、功率和密度范围，允许芯片 设计人员使用相同的设计工具集为同一芯片上的每个关键功能块选择最佳选项。无论从 PPA（功率、性能、面 积），以及上市和量产时间，加上一开始就考虑实现基于 FinFlex 技术的定制配置，台积电 N3 制程节点在工艺 技术上处于领先水平，可以为任何产品提供最广泛且灵活的设计范围。台积电宣布未来 N2 工艺将是其第一个 使用 GAAFET 晶体管的制程节点，不过台积电称之为“Nanosheet”，以取代 FinFET。N2 工艺将提供更全面的 性能和功率表现，不过密度方面的提升就较为一般。

成熟制程是全球晶圆市场的中流砥柱，台积电成熟制程产能在全球依然遥遥领先。根据 TrendForce 数据， 预计 2024 年全球晶圆制造产能中成熟制程占比依然超过 70%，尽管先进制程的产能在扩张，但成熟制程尤其是 28nm 等较为积极的制程节点产能依然在显著增长，预计在未来相当长的时间内，成熟制程仍然是全球晶圆市场 的中流砥柱，具有无法替代的价值，比如中小容量的存储芯片、模拟芯片、MCU、电源管理芯片、模数混合芯 片等主要采用成熟制程。台积电成熟制程产能在全球遥遥领先，市占率接近两成，从出货量角度看，目前台积 电成熟制程产品出货量仍占大头，但由于ASP 显著低于先进制程，成熟制程占晶圆收入比例在24Q2已降至23%。

台积电积极布局特色工艺，拓展成熟制程。公司特色工艺主要包括射频（RF）、模拟 （Analog）、嵌入 式存储（eNVM）、超低功耗（ULP）、电源管理（BCD）、CMOS 图像传感器（CIS）、高压（HV）、微机 电系统（MEMS）。射频（RF）技术主要应用在 5G 通信、Wi-Fi 7、物联网等领域，2021 年台积电 N16 FinFET 射频技术获得多个客户的流片；2022 年 N6RF 技术获得多个客户产品流片，N6RF 的第二代技术 N6RF+正在开 发中，这项技术建立在 N6 技术平台之上，将使未来几代 W LAN 和 5G RF 收发器集成电路成为可能。模拟 （Analog）技术主要应用在智能手机、平板电脑、汽车电子、计算机、音频、电子医疗设备和家用电器，台积 电模拟工艺组合提供从>0.5µm 到 16nm 的选择。嵌入式存储（eNVM）包括一次性可编程存储器（OTP）、多 次可编程存储器（MTP）、闪存（Flash）、磁性 RAM（MRAM）和电阻 RAM（RRAM）。台积电的嵌入式闪 存技术范围从 0.5µm 到 40nm，并提供多种闪存 IP 选项，以满足各种产品设计要求，台积电 2018 年向客户交付 的嵌入式闪存芯片总量全球排名第一，支持广泛的应用，包括消费电子产品、便携式电子产品、家用电器、智 能卡、计算机、有线和无线通信、汽车电子产品、医疗设备、工业自动化、物联网和可穿戴设备。超低功耗（ULP） 技术提供超低泄漏（ULL）核心器件、ULL SRAM 和低工作电压（low Vdd）解决方案。基于台积电一流的逻 辑技术，ULP 产品组合包括 40nm（40ULP）、22nm ULL（22ULL）和 N12e FinFET 技术。这些技术支持物联 网（IoT）应用，从可穿戴设备、家用电器到工业 4.0 和智慧城市。N6e™工艺将为下一代高性能超高效边缘人工 智能产品提供动力。电源管理（BCD）工艺具有更高的集成度、更小的占地面积和更低的功耗，覆盖 0.6µm 至 40nm 的节点，帮助客户提供更好的电源管理 IC，具有更稳定、更高效的电源，能耗更低，非常适合汽车、消 费电子产品、通信设备和计算机等应用。2023 年台积电继续通过扩展 0.13µm 和 90nm BCD 技术来提高其 12 英 寸 BCD 技术的竞争力，以满足汽车市场和服务器的需求。第二代 40nm BCD 的逻辑基线与超低功耗（ULP）工 艺完全兼容，该工艺还提供 5-28V 高压元件，从而实现了更多的电源管理芯片应用。CMOS 图像传感器（CIS） 技术的范围从 0.5 微米（µm）到 12nm 节点，支持各种应用，包括智能手机摄像头、汽车、机器视觉、云监控、 医疗、PC 摄像头、玩具等。随着机器视觉在许多安全、汽车、家庭和移动通信应用中的快速部署，台积电提供 了下一代全球快门 CIS 和增强型近红外（NIR）CIS 技术，使机器视觉系统更安全、更小、功耗更低。台积电继 续加强 CIS 技术，并转向下一代，以进一步加强先进智能手机摄像头和汽车成像应用的能力。2023 年台积电帮 助客户推出了具有世界上最高动态性能范围的产品。用于汽车安全系统的最新汽车 CIS 产品可以使 ADAS 和自 动驾驶系统更智能、更安全。高压（HV）工艺为面板驱动器提供更高质量的图像，为电视、智能手机、平板电 脑、智能手表和其他便携式电子产品等应用提供更低的功耗。台积电的 28nm HV（28HV）技术建立在台积电领 先的 28nm 高性能 Compact Plus（28HPC+）技术的成功之上，基于 0.9 伏的低 Vdd 提供了卓越的低功耗优势。 台积电于 2023 年完成了 28nm 高压（28HV）产品 IC 产量和可靠性验证，28HV 技术是下一代高端有机发光二 极管（OLED）显示器驱动器的最佳解决方案。为了巩固公司在高压显示驱动技术领域的领先地位，台积电正在 为客户开发性能更好、功耗更低的 16nm 高压 FinFET，以设计更具竞争力的 OLED 显示驱动 IC。微机电系统（MEMS）：台积电于 2011 年推出了世界上第一款传感器 SoC 工艺技术，该技术通过集成台积电业界领先的 互补金属氧化物半导体（CMOS）和晶片堆叠技术，制造单片微机电系统（MEMS）。台积电传感器 SoC 技术 的范围从 0.5µm 到 0.11µm，支持包括 G-传感器、陀螺仪、压力计、微流体和生物基因芯片在内的应用。2018 年台积电成功交付了世界上第一台 CMOS-MEMS（微机电系统）单片电容式气压计，其对高度变化的灵敏度低 至 5cm，适用于各种系统应用，包括个人活动跟踪和室内导航。

（二）先进封装技术巩固护城河

后摩尔时代，先进封装大有可为。当芯片进入 14nm 节点，芯片工业迎来后摩尔时代，摩尔定律逐步逼近 极限，先进封装被视为后摩尔时代的主要驱动力。封装技术是芯片和 PCB 之间的桥梁，随着制程的不断推进， 封装正在向更高密度和更高集成的方向发展，涌现出一大批先进封装技术打破行业的存储墙、面积墙、功耗墙 和功能墙。当前全球封装市场仍以 OSAT（独立封测代工）厂商主导，IDM、Foundry 厂商纷纷入局，行业产能 扩充的同时竞争也在加剧，日月光、安靠、长电科技、通富微电等 OSAT 厂商主要聚焦先进封装中后端，以封 装基板为核心。台积电等 Foundry 厂商产品主要聚焦与晶圆制造相关的先进制程封装，如 2.5D/3D 技术；三星、 英特尔等 IDM 厂商也主攻 2.5D/3D 市场。根据 Yole 统计，2022 年台积电先进封装市占率排名第三，仅次于日 月光和安靠，资本开支排名第二，仅次于英特尔。台积电具有领先的先进封装技术 3D Fabric 平台，包含 InFO （后端）、CoWoS（后端）、SoIC（前端）三种封装形式。

InFO 是一个创新的晶圆级系统集成技术平台，具有高密度 RDL（Re-Distribution Layer 再分布层）和 TIV （Through InFO Via 通过 InFO 过孔），用于高密度互连和各种应用的性能，如移动、HPC 等。InFO 成本低于 CoWoS，具体又分为 InFO_PoP 和 InFO_oS。InFO_PoP 是业界首款 3D 晶圆级扇出封装，具有高密度 RDL 和 TIV，可集成移动 AP 和 DRAM 封装堆叠，用于移动应用。与 FC_PoP 相比，InFO_PoP 具有更薄的轮廓和更好 的电性能和热性能，因为没有有机基板和 C4 凸块。InFO_oS 利用 InFO 技术，具有更高密度 2/2µm RDL 线宽/ 空间，可集成多个先进的逻辑小芯片，用于 5G 网络应用，可看作 CoWoS 的廉价版。它能够在 SoC 上实现混合 焊盘间距，最小 I/O 间距为 40µm，最小 C4 Cu 凸块间距为 130µm，在>65 x 65mm 的基板上实现>2 倍掩模版尺 寸的 InFO。

CoWoS 是台积电于 2012 年研发的一种 2.5D 集成封装技术，主要面向 HPC、AI等计算要求较高的场景使 用。其原理可分为 CoW 和 oS 两步，CoW（chip on wafer）是将计算核心、I/O die、HBM 等芯片封装在硅中介 层上；然后再把 CoW 芯片整体封装在基板（Substrate）上，即 oS(on substrate)环节。CoWoS 具体分为 CoWoS-S、 CoWoS-R、CoWoS-L三种形式。 CoWoS-S 为 HPC 应用提供了同类最佳的性能和最高的集成密度。该晶圆级系统集成平台提供各种插入器 尺寸、HBM 立方体数量和封装尺寸。它可以实现大于 2 倍掩模版尺寸（或~1700 mm2）的插入器，将领先的 SoC芯片与四个以上的 HBM2/HBM2E 立方体集成在一起。 CoWoS-R 是 CoWoS 高级封装家族的成员，利用 InFO 技术利用 RDL 插入器并服务于小芯片之间的互连， 特别是在 HBM（高带宽存储器）和 SoC 异构集成中。RDL 插入层由聚合物和铜迹线组成，具有相对的机械柔 性。这种灵活性增强了 C4 接头的完整性，并允许新封装扩大其尺寸以满足更复杂的功能需求。 CoWoS-L 作为 CoWoS 平台中的最后一个芯片封装技术，结合了 CoWoS-S 和 InFO 技术的优点，使用插入 器与 LSI（局部硅互连）芯片提供最灵活的集成，用于管芯到管芯互连，RDL 层用于电源和信号传输。该产品 从 1.5X 掩模版插入器尺寸开始，具有 1x SoC+4x HBM 立方体，并将进一步扩展到更大的尺寸，以集成更多的 芯片。

台积电 SoIC（System on Integrated Chips）是业内第一个高密度 3D chiplet 堆叠技术，是推动异构小芯片 集成领域缩小尺寸、提高性能的关键技术支柱。它具有超高密度垂直堆叠的特点，可实现高性能、低功耗和最 小 RLC（电阻-电感-电容）。SoIC 将有源和无源芯片集成到一个新的集成 SoC 系统中，该系统在电气上与原生 SoC 相同，以实现更好的外形和性能，具体又分为 SoIC_CoW 和 SoIC_WoW 形式。台积电 SoIC_WoW 技术通 过晶圆堆叠工艺实现异质和同质的 3D 硅集成。紧密的键合间距和薄 TSV 实现了最小的寄生，从而获得了更好 的性能、更低的功耗和延迟以及更小的外形尺寸。WoW 适用于高产量节点和相同芯片尺寸的应用或设计，甚至 支持与第三方晶圆的集成。

先进封装产能预计未来两年将继续翻倍。以 CoWoS 为代表的先进封装技术是当前 AI 算力产业链的重要环节，台积电的先进封装产能相较先进制程产能更为紧俏，为了应对下游 AI 算力需求的不断增长，台积电正积极 扩充以 CoWoS 为代表的先进封装产能，预计 2024 年公司 CoWoS 产量将翻倍，预计 2025 年将继续扩产。

（三）竞争格局：台积电 VS 英特尔 VS 三星

先进制程即将进入 2nm 时代，行业竞争再次加剧。距离行业 2nm 制程量产已不足一年，台积电、三星、 英特尔均已进入试产准备期，台积电 2nm 制程预计 2025 年下半年量产，整体策略稳健，英特尔作为追赶者， 在资本开支、争夺 EUV 光刻设备等方面更为激进。虽然台积电占据优势地位的局面依然可以预见，三星和英特 尔采用不同技术路线，面临良率和客户认可度挑战，但经过多年的技术积累、发展和追赶，在工艺成熟度和良 率方面，三星、英特尔与台积电的差距越来越小，与 5nm 和 3nm时代相比，2nm 时代的竞争将更加激烈。 台积电为 2nm 制程节点做了充足准备。台积电 2nm 制程暂时将包括 N2、N2P 和 N2X 三个版本，2025 年 下半年开始量产第一代 N2 节点芯片，性能增强型 N2P 以及电压增强型 N2X 将在 2026 年量产。与 N3E 节点对 比，N2 工艺在相同功耗下的性能提升了 10%到 15%，在相同性能下功耗降低了 25%到 30%。在晶体管架构上， 台积电在 2nm 工艺节点将采用全新的 GAA（Gate-All-Around）晶体管架构，以取代 FinFET，台积电称之为 “Nanosheet”，这种技术相比传统的 FinFET 架构能够在性能和功耗上实现显著提升。在电源管理上，尽管台 积电曾表示 N2P 将增加背面供电网络（BSPDN），但目前看台积电的 N2 和 N2P 仍将使用常规供电电路，预计 在 2026 年量产的 A16（1.6nm）节点台积电将引入背面供电技术。在先进封装技术上，台积电 2nm将率先导入 下一代 3D 先进封装工艺 SoIC。作为台积电最大客户，苹果已经规划在明年的 M5 芯片上首发采用台积电 2nm 工艺。

台积电在 2nm 面临的主要挑战是成本过高。根据 IBS 估计，一个产能约为每月 50000 片晶圆（WSPM）的 2nm产线成本约为 280 亿美元，而具有类似产能的 3nm 产线成本约为 200 亿美元。增加的成本，很大一部分来 自于 EUV 光刻设备数量的增加，这将大大增加每片晶圆和每个芯片的生产成本，而能够接受如此高成本芯片的 厂商只有苹果、AMD、英伟达和高通等少数 Fabless。虽然在 2nm 制程成本方面，其他几家厂商也面临成本问 题，但为了追赶台积电，三星和英特尔似乎在成本方面没有台积电那么敏感。

英特尔四年五个制程节点进展顺利，在 2nm 节点或仍将与台积电进度拉齐。英特尔曾任 CTO Pat Gelsinger 2021 年重返英特尔并担任 CEO 后，提出四年五个制程节点计划（5N4Y），其中前三个节点 Intel 7（对标台积 电 N10）、Intel 4（对标台积电 N7-N5）和 Intel 3（对标台积电 N5-N3）进展顺利，Intel 20A（对标台积电 N3-N2） 原计划 2024 年上半年完成，现计划 2025 年初量产，Intel 18A（对标台积电 N2-A16）原计划 2024 年下半年完 成，现计划 2025 年量产，如若 20A（过渡节点）和 18A 均进展顺利，英特尔将在 2nm 节点再次拉齐甚至阶段 性反超台积电进度。英特尔 20A 将引入 RibbonFET GAA 晶体管技术和 PowerVia 背面供电技术，在使用 GAA 晶体管和背面供电技术上，英特尔比台积电早一年以上。在先进封装技术上，英特尔将继续通过 Foveros 和 EMIB 等先进封装技术，来提升芯片的集成度和性能。与台积电 CoWoS 2.5D 封装采用的硅中介层结构不同，英特尔 EMIB 直接将小型硅桥嵌入基板中实现芯片之间的互联，在互联效率相似的基础上不需要花较高成本来制造足 够大的硅中介层。Foveros 3D 封装是英特尔在 2019 年推出的芯片到芯片（die-to-die）堆叠技术，通过硅通孔（TSV） 技术和微凸块实现逻辑芯片间直接互联。此外，从 20A、18A 开始，英特尔还将采用价格昂贵的新型 High NA EUV 光刻机，台积电使用与否尚未确定。 英特尔的 IDM模式仍面临多方面挑战。首先，英特尔的 IDM 模式导致其代工环节与英伟达、AMD 等 Fabless 客户存在潜在的利益冲突，同时，IDM 模式意味着英特尔制程迭代面临设计厂、制造厂和封测厂多方资本开支， 进而拖累其制程迭代速度。其次，即使未来英特尔能够在部分节点阶段性领先台积电，但真正的实力较量还需 要新节点大规模量产后结合芯片的性能、良率、成本等多方面因素考量。第三，英特尔产品主要面向 PC 及数 据中心领域，较少涉及手机、汽车、IoT 等领域，例如英特尔子公司 Mobileye 过往智驾 SoC 芯片大都由台积电 代工而不是英特尔，而台积电在 HPC、消费电子、汽车电子、IoT 等更广泛的下游领域均有布局。

三星的最大问题依然是良率。自从进入 5nm时代以来，良率一直是三星晶圆代工业务面对的最大问题，特 别是在 3nm 制程节点上，三星率先引入了全新的 GAA 晶体管架构，与以往使用的 FinFET 晶体管有较大区别， 也使良率问题进一步放大，许多客户转向竞争对手，进而导致三星第一代 3nm 技术 SF3E 只能应用于加密货币 矿机芯片等非主流领域，较难切入 HPC、手机等领域。三星第二代 3nm 工艺 SF3 改名为 2nm 工艺，但三星真 正的 2nm 工艺 SF2 预计于 2025 年正式量产，与 3nm 工艺 SF3 相比，三星的 2nm 工艺 SF2 性能提升 12%，功 率效率提升 25%，面积减少 5%。在 2nm 节点，三星也将引入背面供电技术，预计将于 2026 年 SF2P 推出。目 前，台积电原本客户日本人工智能公司 Preferred Networks（PFN）已提前预订三星 2nm 产能，用来生产旗下第 二代 AI 芯片，同时，今年 2 月高通同时向三星和台积电委托了 2nm 芯片的开发和试产。

三、AI 引领下游需求增长，半导体行业逐步复苏

（一）五大下游方向：HPC 和手机占比较高，AI 驱动下游需求景气高涨

从下游客户类型看，台积电的下游客户主要分为 HPC、手机、IoT、汽车和数据通讯设备 DCE等五大方向。 其中 HPC 近两年正式超越手机成为公司第一大收入来源，收入占比超 4 成，手机收入占比虽然下降，但仍是公 司主要收入来源，汽车方向收入目前占比较低且近两年偏弱势，但未来有望成为继 HPC 后公司又一高增长方向。

1.1 HPC：AI PC 以及 AI 服务器需求高增长

HPC 包括个人电脑、平板电脑、游戏机、服务器等各种类型高性能芯片。2023 年受全球宏观经济压力以及 下游去库存影响，HPC 需求端疲弱，收入增长接近停滞。长期看 AI 有望继续推动本轮半导体周期复苏，生成 式 AI 带动的服务器算力芯片需求以及 AIPC 带动的 PC 芯片需求有望维持高景气，HPC 在台积电的收入占比有 望继续上升。目前台积电 HPC 收入仍以 PC 市场占主导，其次才是服务器及其他芯片市场。

（1）PC 芯片：AIPC 加速换机周期，ARM架构崛起为台积电带来机遇

产业进入换机周期，技术革新成为 PC 市场重要推动力。PC 市场较为成熟，整体趋于稳定，2020-2021 年 疫情推动线上化需求释放，此后市场出现疲软，考虑到目前 PC 的换机周期普遍为 5 年，疫情售卖的 PC 已进入 换机周期，市场收缩几近触底，预计 2024 年将实现正增长。一方面，系统停更或升级将成为换机潮重要动力。 微软官方宣布 W in10 系统将于 2025 年 10 月 14 日停止更新，所有版本将全部终止支持，根据 statcounter，截至 2023 年 9 月，Win10 的市场份额高达 71.6%，Win11 的市场份额仅为 23.6%，在 Win10 停更背景下，PC 有较大 的换机空间。此外 Win12 也将于 2024 年发布，消费者可能会因为 W indows 的新版本而升级他们的个人电脑， 系统更新或将助推换机潮的到来。另一方面，AIPC1通过 AI能力的本地化部署，有望进一步提升交互体验与工 作效率，看好 AIPC 成为 PC 市场下一波增长的重要推动力。Canalys 预计 2024 年 AI PC 的渗透率会达到接近 20%（对应 5200 万台出货量），得益于换机动能和全新本地体验，2027 年 AI PC 将成为主流化的 PC 产品类型， 渗透率达到 60%以上。比起消费者，企业将更积极地采用 AI 技术，2027 年预计 AI PC 出货量的 60%将应用到 商用领域。

ARM 架构崛起为台积电带来机遇。从架构角度看，PC CPU 架构主要分为 x86 和 ARM 两大阵营，其中 x86 架构的主要参与者有英特尔和 AMD，ARM 架构的主要参与者有苹果、高通、英伟达等。IDM 模式下英特尔的 CPU 产品主要由自己代工，极少部分由台积电代工，AMD 以及其他 ARM 架构产品主要由台积电代工。目前 x86 架构占主导，ARM 架构的占比在趋势抬升，ARM 架构的崛起2为台积电带来机遇。

PC GPU主要由台积电代工。PC GPU 的主要参与者是英特尔、英伟达和 AMD，其主流产品均由台积电代 工。根据 JPR 统计，2023Q1 以来，全球 PC GPU 出货量增速企稳回升，预计未来三年复合增速仍有望实现中个 位数水平，PC GPU 行业增长和格局均较为稳定。

（2）服务器芯片：AI算力需求推动行业增长

通用服务器相对疲软，AI服务器高增。受经济持续疲软、高通胀、企业资本支出缩减、去库存等影响，2023 年全球服务器市场整体出货量不及预期，通用服务器受 AI 需求暴涨、全球整机支出向 AI 倾斜影响，市场被进 一步压缩。展望 2024 年，供给端 2023 年底英特尔 Xeon 第五代服务器处理器产品推出，2024 年 6 月第六代处 理器产品推出，有望带动 2024 年通用服务器出货回升。需求端 2024 年初北美云厂商上调全年资本开支，通用 服务器需求逐步修复；AI 服务器需求仍将保持快速增长，根据 Trendforce 数据，2023 年全球 AI 服务器出货量 为 120.8 万台，同比增长 37.7%，预计 2024 年将达到 167.2 万台，同比增长 38.4%。根据英伟达扩产情况，预计 AI 需求将成为服务器销售收入增长的主要驱动力。根据台积电在 24Q1 业绩说明会的表述，预计 AI 需求的增长 将以 50%的复合增速持续至 2028 年，AI 服务器需求景气仍将延续。

与 PC CPU 市场类似，服务器 CPU 市场也以 x86 架构为主，ARM 架构为辅，x86 架构的主要参与者有英特 尔和 AMD，ARM 架构的主要参与者有亚马逊、Ampere 等。IDM 模式下英特尔的 CPU 产品主要由自己代工， 台积电很难拿到这部分订单，AMD 以及其他 ARM 架构产品主要由台积电代工。随着低功耗 ARM 架构的崛起， 以及 AMD 市占率的显著提升，非英特尔代工市场市占率提升明显，为台积电带来机遇。根据 Counterpoint 统计， 2021 年服务器 CPU 市场英特尔的市占率高达 81%，2022 年已滑落至 71%。

与 PC GPU市场类似，服务器 GPU代工市场也主要被台积电垄断。AI 服务器芯片以 GPU 为主，CPU 起 协同作用，CPU+GPU 为主流模式，也存在 CPU+FPGA、CPU+TPU、CPU+ASIC 等模式。AI 服务器分为训练 和推理两大类，训练用服务器对存储空间、带宽和算力的要求较高，推理用服务器对算力、存储和带宽的要求相对较低，具体取决于业务场景。AI 服务器 GPU 芯片目前被英伟达主导，AMD、英特尔也在试图追赶，代工 均由台积电垄断。

1.2 智能手机：AI 赋能是主要驱动力

2023 年全球智能手机市场跌幅收窄，2024 年有望实现反弹。全球智能手机 2023 年出货量约 11.7 亿台，同 比下降 3.2%。随着消费逐步复苏，折叠屏等新品起量以及 AI 赋能，2024 年全球智能手机市场或将回归增长趋 势，根据 IDC 预测，2024 年全球智能手机出货量将恢复到约 12 亿台，同比增长 2.8%。重大创新是手机换机潮 的核心驱动力，若 AI 手机实现使用体验的革命性创新，将复刻智能手机取代功能手机的高速增长。通过融入 AI 大模型，新一代 AI 手机有望改善用户体验、创造差异化竞争优势，成为缩短手机换机周期和加速市场复苏 的关键驱动力。

三星打响 AI手机第一枪，苹果 Apple Intelligence 初版落地 iOS 18.1 开发者测试版。2024 年 1 月，三星发 布旗舰手机 Galaxy S24 系列，采用谷歌云平台 Vertex AI 上配置大模型 Gemini Pro（概括理解多模态信息）和 Imagen 2（文生图、照片编辑），支持端侧模型 Gemini Nano（处理端侧任务效率最高模型）。Galaxy S24 的 AI 功能主要聚焦三大高频场景：（1）翻译/笔记（端侧 AI 双向实时翻译，自动摘要并生成会议纪要）；（2） 搜索（圈选即搜）；（3）影像（自动分析照片并建议编辑工具，照片优化/视频补帧）。2024WWDC 苹果发布 Apple Intelligence，作为系统级的 AI 集成，Apple Intelligence 具备强大的理解能力，支持多轮对话、屏幕内容感 知、应用智能交互等。Apple Intelligence 采用设备端+云端处理，端侧结合 A/M 系列芯片的硬件支持以及苹果 内置的大语言模型处理一般问题；云端侧，苹果正式宣布了与 OpenAI 合作，苹果将 GPT-4o 支持下的 ChatGPT 集成到 IOS、iPadOS 和 macOS 系统中，端侧+云端可以实现无缝切换。7 月 29 日，苹果 Apple Intelligence 初版 落地 iOS 18.1 开发者测试版，该版本暂未融入 ChatGPT，首批推出的功能包括：writing tools、Siri 的新功能、 邮件的全文摘要等新功能、专注模式、可用日常语言查找照片、语音转录等，其余功能有望在明年上线。目前 Apple Intelligence 仅支持A17 Pro 芯片以及M 系列芯片及后续迭代的产品机型，其中对 iPad/Mac 产品要求不高， 2020年后的产品基本满足要求；但在手机端，目前仅有iPhone15 Pro 和 iPhone15 Pro Max支持Apple Intelligence， AI 终端生态加速成熟+硬件机型限制，有望刺激用户换机需求。

智能手机 SoC 设计参与者主要是高通、联发科和苹果，代工主要是台积电和三星。根据 Counterpoint 统计， 按出货量计 2023Q3 全球智能手机 SoC 芯片 top3 分别为联发科（33%）、高通（28%）和苹果（18%），按出 货金额计 2023Q3 全球智能手机 SoC 芯片 top3 分别为高通（40%）、苹果（31%）和联发科（15%）。代工环 节，除三星外其他手机 SoC 芯片均采用三方代工模式，台积电和三星垄断手机 SoC 代工市场，台积电市场份额 超 7 成，高通采用台积电/三星双代工模式，苹果和联发科完全由台积电代工。

高通、联发科等旗舰 SoC 持续增强 AI性能。高通骁龙 8 Gen3，4nm，CPU 采用“1 超大核+5 大核+2 小核” 架构，性能较前代提升 30%，能效提升 20%；GPU 性能提升 25%，能效提升 25%；NPU 性能提升 98%，算力 提升至 73TOPS，能效提升 40%，首次支持终端运行 100 亿参数模型，针对 70 亿参数大模型每秒能够生成 20 个 token。联发科天玑 9300，4nm，CPU 采用“4+4”全大核架构，峰值性能较前代提升 40%，功耗节省 33%； GPU 峰值性能提升 46%，能耗下降 40%；集成第七代专门 AI 处理器 APU 790，整数和浮点运算是前代 2 倍， 功耗降低 45%，支持内存压缩，成功运行 330 亿大模型，端侧落地 70 亿大模型，运行 130 亿大模型。苹果 A17 Pro，首款 3nm，190 亿颗晶体管，CPU 采用为 2 性能核（3.78GHz）+4 能效核（2.11GHz），性能较前代提升 10%；GPU 峰值性能较前代提升 20%，光线追踪性能达到 4 倍；NPU 性能提升 2 倍，算力提升至 35TOPS。三 星 Exynos 2400，4nm，CPU 采用 1 超大核+5 大核+4 小核的 10 核架构，CPU 性能提升了 1.7 倍，2 个 NPU+2 个 Shallow NPU，官方宣称其 AI 能力是 Exynos 2200 的 14.7 倍。

1.3 汽车：目前营收占比较低，但未来潜力巨大

汽车芯片从 MCU 向 SoC 演进。初级阶段的电子功能广泛采用微控制器芯片 MCU，现代主流智能芯片都 采用系统级芯片 SoC。MCU（Micro Control Unit）即微控制器、单片机或微控制器，MCU 将 CPU 频率和规格 适当降低，并将存储器、计数器、A/D 转换、UART 等外围接口集成在一块芯片上形成一个基于芯片的计算机 （具有计算机的所有基本功能），用于不同的应用和不同的控制组合。随着大规模集成电路的出现及其发展， 计算机的 CPU、RAM、ROM、定时计数器和各种 I/O 接口都集成在一块芯片上，形成芯片级芯片，内部除了 CPU 之外还有 RAM 和 ROM，这意味着整个计算机系统都集成在一个芯片中，可以直接添加简单的外围设备来 运行代码。SoC（System on Chip）可能包含许多 MCU，适用于具有更多要求和更复杂的应用程序。SoC 是一个完整的单芯片计算机系统，能够执行具有更高资源需求的复杂任务。SoC 由多个模块组成，这些功能模块可以 通过分立器件实现，后组合在印刷电路板（PCB）上形成片上系统。通常 SoC 芯片包含一个或多个处理器、存 储器、模拟电路模块数模混合信号模块以及片上可编程逻辑，可以有效降低电子/信息系统产品的开发成本，缩 短开发周期，并提高产品的竞争力。

汽车 SoC 一般应用于智能座舱和自动驾驶（ADAS）两大领域。根据 ICVtank 统计及预测，全球 ADAS 市 场 2021 年达到 222 亿美元，2026 年预计将增至 687 亿美元，复合年增长率达到 25.4%，年增长率均超过 15%， 各细分子应用的复合年增长率也均超 20%。智能座舱市场规模预计 2026 年达 440 亿美元，2020-2026 年 CAGR 约 11.3%，中国市场 2020-2026 年 CAGR 达 11.6%，领先全球增长，潜力巨大。

智能座舱 SoC市场由高通主导，目前两款核心产品均由台积电代工。高通在智能座舱 SoC 市占率全球第一， 且凭借公司的产品技术先进性，以及软件生态的不断丰富，预计份额将继续扩大。根据 ICVtank，2022 年公司 智能座舱 SoC 销售额占全球市场 29.47%，预计 2023 年将提高至 31.47%。高通 2017 年发布一代智能座舱 SoC 芯片 Snapdragon 820A，采用 14nm 制程工艺，CPU 采用 4 核 Kryo 280，GPU 采用 Adreno 530，支持 4K 显示。 2018 年发布二代 Snapdragon 660，采用 14nm 制程工艺，CPU 采用 4 核 Kryo 260，GPU 采用 Adreno 512，支持 2K 显示。2019 年，高通发布三代 Snapdragon 8155，采用 7nm 制程工艺，CPU 采用 8 核 Kryo 485，GPU 采用 Adreno 640，支持 4K 显示，AI 算力 8TOPS，由台积电代工，目前已经广泛用于奔驰 S 级、奥迪 A8、小鹏 P7、蔚来 ES8 等数十家车厂中的中高端车型。2021 年高通发布第四代座舱芯片 Snapdragon 8295，采用 5nm 制程工 艺，CPU 采用 8 核 Kryo 780，GPU 采用 Adreno 730，支持 4K 显示，AI 算力 30TOPS，由台积电代工，基本涵 盖了国内主流中高端车型，定点厂商有蔚小理、广汽、吉利等。

智能驾驶 SoC 市场由 Mobileye 3和英伟达主导，地平线等国内厂商尝试突围，代工由台积电主导。智驾 SoC 市场相比智能座舱 SoC 市场更大也更卷，Mobileye 在 ADAS SoC 领域早期一家独大，被英特尔收购后，灵活性 与算力存在不足被赶超，目前在 L2 及以下低端智驾 SoC 市场仍维持龙头地位。英伟达近年来凭借自身芯片技 术和算力优势，定位高端智驾芯片市场强势崛起，与产业链多家企业达成合作，目前在高端智驾芯片市场遥遥 领先。高通入局智驾芯片较晚，但 Snapdragon Ride 瞄准中高端自动驾驶市场，并支持 L1-L5 级自动驾驶，高性 能与高普适性同样在智驾市场有一席之地。地平线是智驾芯片领域实现大规模上车的唯一中国厂商，定位 Mobileye 和英伟达的竞争对手，并推出了多种对应解决方案的产品，有高性价比与软件硬件协同优化等优势， 在鼓励国产替代的趋势下，未来有一定发展空间。特斯拉 HW1.0-2.5 外购 Mobileye 与英伟达主控芯片，HW3.0 正式进入芯片自研道路，目前，特斯拉是全球唯一一家在自动驾驶的核心领域均实现全栈自研的公司，FSD 芯 片全栈式自主研发，配套特斯拉纯视觉的自动驾驶算法，仅供特斯拉自家车型使用。FSD 芯片由三星代工，其 余主流智驾 SoC 均由台积电代工，包括英特尔子公司 Mobileye 产品。

（二）需求回暖，库存去化，半导体行业逐步复苏

需求端，看好 AI驱动的算力芯片需求以及终端换机需求。一方面，2023 年以来以 AI 为首的新技术应用爆 发大幅拉动 GPU、HBM 等高端芯片需求，进而扭转全球半导体销售增速下行趋势。以台积电为例，24Q2 HPC 营收占比首次过半达到 52%，本次财报会台积电也上调了全年营收指引和 CPAX 指引。今年以来，北美 Mag7 的 AI 投入大幅上升，为了从英伟达买卡，Mag7 大部分单季度资本开支在百亿美金以上，而服务器 GPU 代工市 场基本被台积电垄断。另一方面，手机、PC 等终端产品换机潮已至，端侧硬件 AI 升级加速换机潮到来，汽车 方面终端下游 Tier1 芯片库存去化在上半年也接近尾声，汽车 SoC Fabless 厂商下半年也有望重新进入经营向上 周期。本轮半导体需求复苏由 AI 算力需求领衔，传统终端需求复苏正在路上。

需求回暖下库存去化提速。以日韩市场为例，截至 2024 年 6 月，韩国半导体及零部件存货指数为 119，同 比下降 30%，日本集成电路生产者产成品库存指数为 87.90，同比下降 21%，行业从 2023 年的降价被动去库存 阶段过渡到主动去库存阶段，未来相对更健康的库存状态有助于行业进行下一轮补库并带来新的增量。台积电 四大客户存货周转天数较 2022 年高点已显著下行，库存已接近健康水平。

需求端 AI 红利延续叠加库存消纳接近尾声，全球半导体周期有望继续上行。2022 年初以来，在全球经济 下行压力、终端需求疲弱、产能过剩等影响下，上一轮半导体周期见顶回落，2023 年 ChatGPT 引爆 AI 算力芯 片需求，本轮全球半导体周期从 2023Q2 开始触底反弹，至今上升态势良好。展望未来，AI 需求红利仍在延续， 一方面，高端算力芯片需求随着台积电 CoWoS 先进封装产能扩张仍在释放，另一方面，端侧硬件 AI 升级加速 换机潮到来，传统终端需求回升有望接棒 AI 算力需求延续本轮半导体周期复苏。供给端经历了漫长的去库存阶 段，当前晶圆行业的产能利用率和 ASP 均处在较低水平，未来有望迎来量价齐升。台积电作为晶圆代工龙头， 在 2nm关键节点仍大概率不落下风，先进制程与先进封装技术领先，龙头地位稳固。

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